[发明专利]一种获得机械结合部刚度的方法

说明书

技术领域

本发明属于机械检测技术领域，涉及一种获得机械结合部刚度的方法。

背景技术

结合部是指两个机件接触表面及其周围的附属结构，结合部研究的主要目的是探索接触刚度和阻尼的变化规律，获得接触刚度和阻尼数据，实现整机的性能分析和预测。

结合部对机床的静态及动态特性都有显著的影响。据统计，机床的静刚度中30％-50％来源于结合部的刚度，机床的动柔度有60％以上是源自结合部，机床的阻尼值更是有90％以上来源于结合部。现代机床设计，尤其是以高速、高精度和高效率为主要特征的高档数控机床设计，迫切地需要在图样设计阶段就能预知机床的动力学特性。结合部特性的研究无论是从理论上还是从实际应用上都具有十分重要的意义。但是，由于结合部存在于零部件之间，观察、测量和研究都十分困难，目前对结合部动力学性质和机理的研究仍不成熟，在设计阶段对整机性能进行准确的预测还是非常困难。

结合部问题的研究目前主要是围绕机床结构进行的，但是在其它机械结构中同样存在结合部问题。单个零件的静态和动态性能现在已经能够通过有限元等方法准确地分析，但是由多个零件构成的整机结构的性能分析还不能令人满意，主要困难在于两个零件表面的接触刚度和阻尼在设计阶段还无法准确预知，结合部问题是机械结构性能分析由单件走向整机的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种获得机械结合部刚度的方法，解决了现有技术对于由多个零件构成的整机结合部刚度性能分析不够准确的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种获得机械结合部刚度的方法，该方法按照以下步骤实施：

步骤1、采用脉冲激振法获得实际结构的共振频率

通过采用脉冲锤激振结构，获取结合部结构的脉冲响应信号，对该脉冲响应信号进行傅立叶变换，得到结合部结构的幅频响应曲线，根据该幅频响应曲线确定结合部结构的共振频率；

步骤2、将结合部的上下接触层视为一种虚拟的材料，建立包含结合部的整机结构的有限元分析模型，得到结合部结构自由振动的微分方程：

Mδ··+Kδ=0---1)]]>

M是结构的质量矩阵，是加速度向量，K是结构刚度矩阵，δ是位移向量，刚度矩阵K中包含了零件的刚度和接触层的刚度，写成式1-1)：

K=KcKj---1-1)]]>

其中的K_c是零件部分的刚度，根据零件的几何形状和材料的弹性模量、泊松比以及密度，通过有限元方法来确定K_c；K_j是接触层的刚度，包含法向刚度K_n和切向刚度K_τ，写成式1-2)：